機器人的控制器是整個系統的“核心中樞”，負責協調機器人的所有硬件（如電機、傳感器、執行器）和軟件（如控制算法、任務邏輯），將抽象的任務目標轉化為具體的物理動作，并確保整個過程精準、穩定、安全。其核心職責可概括為以下6個方面：

1.接收與解析任務指令

控制器首先需要明確“做什么”——接收來自外部的任務指令，并將其轉化為可執行的具體參數。

指令來源：可能是操作人員通過示教器輸入的動作流程（如“從A點抓取工件”）、上位機（如PLC、MES系統）下發的生產任務（如“焊接第3個焊點”），或傳感器觸發的自動指令（如視覺檢測到工件后啟動抓取）。

解析內容：提取任務的核心信息，比如目標位置（三維坐標或關節角度）、運動速度/加速度限制、動作順序（如“先移動到目標上方，再下降抓取”），并判斷任務是否在機器人的能力范圍內（如是否超出工作空間、是否違反機械極限）。

2.運動規劃與軌跡生成

確定“如何做”——根據解析后的任務參數，規劃出機器人從當前狀態到目標狀態的最優路徑和運動細節。

路徑規劃：在空間中規劃出無碰撞的路徑（如直線、圓弧或復雜曲線），避免機器人與自身、工件或環境中的障礙物發生碰撞（例如，6軸機器人繞開生產線的立柱）。

軌跡優化：生成平滑的速度曲線（如S型加減速），確保運動過程中加速度、jerk（加加速度）不超過機械承受范圍，減少振動和沖擊（比如搬運易碎品時需低速平穩運動）。

運動學轉換：對于多關節機器人（如6軸機械臂），通過“逆運動學計算”將末端執行器的目標位置（如X=100mm,Y=200mm）轉換為每個關節的旋轉角度（如關節1轉30°、關節2轉45°），確保各關節協同動作。

3.實時驅動與閉環控制

負責“執行動作”——將規劃好的軌跡指令轉化為驅動信號，控制執行機構（如關節電機、末端夾爪）運動，并通過反饋實時修正誤差。

驅動信號輸出：向電機驅動器發送實時控制指令（如位置、速度或扭矩指令），例如通過EtherCAT總線向伺服驅動器發送“目標位置10000脈沖”“速度5000脈沖/秒”，驅動電機轉動。

閉環調節：通過編碼器、光柵尺等傳感器實時采集機器人的實際位置、速度（如關節當前位置9980脈沖），與目標值對比計算誤差，再通過PID、自適應控制等算法動態調整輸出信號（如增加脈沖頻率），確保實際動作與規劃軌跡一致（誤差通常控制在0.1mm以內）。

4.感知融合與環境適應

讓機器人“感知并適應環境”——處理傳感器數據，結合環境信息動態調整動作，應對不確定性。

傳感器數據處理：接收視覺（如相機識別的工件位置偏差）、力覺（如末端接觸力大小）、觸覺（如夾爪是否抓穩工件）等傳感器信號，通過濾波、校準等處理去除噪聲，提取有效信息（例如，視覺傳感器檢測到工件左偏5mm，控制器立即修正抓取位置）。

動態調整：根據感知到的環境變化優化動作，例如：裝配時力傳感器檢測到插入力過大，自動降低速度并微調姿態；移動機器人通過激光雷達檢測到障礙物，實時規劃繞道路徑。

5.邏輯協調與任務調度

負責“統籌全局”——協調機器人各部件（如關節、夾爪、傳感器）的工作順序，確保任務按流程執行。

狀態管理：通過“狀態機”管理機器人的工作模式（如待機→執行→暫停→完成），例如：接收到“急停”信號時，立即從“執行”切換到“暫停”狀態，切斷電機輸出。

多任務優先級調度：當多個任務同時觸發時（如“抓取工件”和“檢測到障礙物”），優先執行高優先級任務（如先避障再抓取），避免沖突。

輔助動作控制：同步控制末端執行器（如夾爪開合、焊槍啟停）、燈光報警等輔助設備，例如：到達抓取點后，發送“夾爪閉合”信號；任務完成后，觸發指示燈提示。

6.安全監控與異常處理

保障“安全運行”——全程監控機器人狀態和環境，一旦出現異常立即干預，避免事故。

實時監測：持續檢測關鍵參數，如電機電流（是否過流）、關節位置（是否超限）、溫度（控制器或電機是否過熱）、急停信號（是否被觸發）、人機距離（協作機器人是否靠近人體）。

異常響應：若檢測到危險（如“電機過流”“碰撞人體”），立即執行安全邏輯：切斷電機輸出（緊急停車）、觸發聲光報警、記錄故障代碼（供后續排查），確保人員和設備安全。

機器人控制器的核心作用是“將任務指令轉化為精準動作，并在動態環境中安全、穩定地完成任務”——既是“決策者”（規劃路徑、調度任務），也是“執行者”（驅動電機、修正誤差），還是“安全員”（監控狀態、處理異常）。從簡單的單軸點動到復雜的人機協作，所有功能都依賴控制器的統籌協調，因此它被稱為機器人的“大腦”。